中國儲能網訊：為有效降低電動汽車成本，眾多汽車制造商都投入下一代動力電池技術研究，人們曾經想通過固態(tài)電池來提高汽車動力電池的續(xù)航水平，對于固態(tài)電池的研究已經出現(xiàn)了很多的研發(fā)實例。
2017年5月17日，2017年第五屆國際電動汽車及關鍵部件測評研討會”在江蘇常州成功召開。中國科學院物理研究所研究員李泓在會上詳細解讀了各種固態(tài)電池的發(fā)展方向及前景。
目前，液態(tài)電解質鋰離子電池已經進入第三代。其中，正極材料的電壓和容量不斷得到提高，負極逐漸轉向高容量材料，電解液進一步功能化，而陶瓷隔膜還在不斷發(fā)展中。在2016年國家新能源汽車重點專項中，各企業(yè)申報的研發(fā)方案顯示，對于300Kw/h的鋰離子動力電池路線基本選擇高鎳和NCA。此外，由于納米硅的技術進步，顆粒尺寸逐漸下降，循環(huán)性也得到迅速提升，但是關鍵要解決電池的安全性能以及循環(huán)性能。
在世界范圍內，日本早在2008年就制定了國家計劃，并希望在2030年實現(xiàn)固態(tài)電池的量產。固態(tài)電池從形態(tài)上分成三類，一個是純聚合物，比如聚環(huán)氧乙烷；一個是無機固體電解質的氧化物或者硫化物，這些都可以是磷酸鹽；第三個是把聚合物和無機復合結合在一起。這三種固體電解質最難解決的問題在于在鋰離子電池或者是將來的金屬正極的體積膨脹收縮。目前，沒有辦法解決超薄覆技術，可能需要添加液體來解決電子逐漸變大的問題。對固態(tài)電池來說，主要就是在循環(huán)過程中如何一直保持較低的電子和離子阻抗。
在電解質材料本身，國際上已經開發(fā)了很多類，氧化物、硫化物、氫化物以及磷酸鹽的薄膜和聚合物。現(xiàn)在主流的電解質材料有三種，首先是氧化物固體電解質，如果采用無機陶瓷來替代液體，需要非常復雜的表面包覆技術；要重點解決正極側的填充問題。對于硫化物電解質，其電導率非常高，關鍵在于循環(huán)過程中電解質的變化，在基礎研究層面，這個是世界范圍內全固態(tài)電池最切實可行的路線。對于薄膜電解質，離子電導率雖然很低，但是因為過薄，是很難做大面積用于大容量電池。
固態(tài)電池的示范與應用
目前，真正能做到商品的大容量電池的主要還是聚合物的固態(tài)電池，唯一商業(yè)化的就是聚環(huán)氧乙烷，可以使用25微米厚的金屬鋰，循環(huán)一千多次，工作溫度在60到85度，所以在電池包需要有一部分熱管理。
科學院在2013年布局了一個戰(zhàn)略宣導項目，希望能做一些把基礎研究移到產業(yè)化上的一些電池的相關的技術，這個目標是做到300Kw/h，但是在明年6月份所有的材料要進入到量產的階段。在固態(tài)方面，剛才提到PEO耐受電壓是3.8伏，丙烯酸酯的耐受電壓是4.5伏。
總體而言，在開發(fā)的液態(tài)鋰離子電池軟包，在20~25%的一個重量比。今后的目標在國際上是發(fā)展全固態(tài)，可以帶來能量密度和安全性兼容的效果。在產業(yè)上的話，固態(tài)電池的開發(fā)只需要把固體電解質和金屬鋰做好。在產業(yè)界已經準備好了來大規(guī)模生產固態(tài)的金屬鋰電池，在環(huán)境控制上已經沒有任何問題。希望有機會跟各方來合作來一起推動固態(tài)電池的發(fā)展，謝謝大家。
